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Las áreas de aplicación incluyen servidores tipo cloud, edge y fog

Módulos informáticos optimizados para procesadores Intel Xeon D

Christian Eder, director de Marketing de Congatec AG03/02/2017

Los módulos informáticos están ahora habilitados para ser desplegados en servidores, un hecho que PICMG reconoce con la reciente publicación de la especificación COM Express Type 7. Con el lanzamiento de esta especificación, Congatec ofrece ahora módulos SOM (Server on Modules) preparados para aplicaciones con procesadores Intel Xeon D.

El uso de módulos en los servidores no había sido común hasta ahora, en parte porque los desarrolladores de servidores han tenido sus propias ideas sobre el diseño de hardware específico de los sistemas, y en parte porque tenían volúmenes para justificar el desarrollo de sistemas dedicados. Esta es la razón por la que actualmente hay un gran número de sistemas dedicados con diseños homogéneos en redes carrier y granjas de servidores.

Sin embargo, ahora que el rendimiento ha aumentado hasta un punto que puede soportar la virtualización del servidor, las funciones del servidor serán especificadas cada vez más en el software, abstrayéndose del hardware real. Las principales palabras clave en este contexto, son las redes definidas por software (SDN) y las funciones de red de virtualización (NFV). Debido a que los diseños específicos ya no son necesarios, esta tendencia está llevando a la estandarización del hardware, permitiendo que proyectos como el Open Compute Project (OCP), impulsados por operadores de granjas de servidores como Google y Facebook, logren una mayor eficiencia, flexibilidad y escalabilidad. Un aspecto fundamental aquí es la modularización del hardware. Básicamente, cada módulo de servidor puede asumir cualquier tarea, es solo una cuestión de decidir dónde se ubicará el módulo en la red y cuál será su rendimiento. Los ciclos de innovación en el rendimiento del procesador siguen siendo rápidos y las presiones de costes en los servicios aumentan constantemente, obligando a los desarrolladores de sistemas, operadores de redes y proveedores de servicios, a buscar formas de implementar actualizaciones de rendimiento de la manera más simple y rentable posible.

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El nuevo módulo SOM compabible con COM Express Type 7 de Congatec incluye los procesadores Intel Xeon (codigo: Broadwell DE).

Actualizaciones de rendimiento rentables

Los módulos informáticos estandarizados ahora se adaptan perfectamente al diseño flexible y al escalado basado en requisitos del rendimiento del servidor. Con los módulos estandarizados, los sistemas se pueden actualizar fácilmente, incluso en el transcurso de varias generaciones de procesadores, sin que se necesiten otros cambios de hardware. Esto reduce los costes de una actualización al coste de intercambio de los módulos, que es mucho más barato que intercambiar SBCs completos o blades. Un desafío previo es que, hasta ahora, no ha habido ningún estándar de módulo para soportar 10 Gigabit Ethernet nativo (10 GbE). Esto cambió con la introducción de la especificación PICMG COM Express Type 7. Los diseños de servidores modulares con conmutación redundante de 10 Gigabit Ethernet ahora pueden desarrollarse con todas las ventajas de los módulos informáticos.

Servidores tipo carrier

Las aplicaciones a nivel de carrier incluyen: ordenadores de infraestructura virtualizada; plataformas dedicadas para servidores tipo cloud, edge y fog operados por el operador; torres de telefonía y sistemas de distribución de contenido y de almacenamiento, que requieren soluciones eficientes para obtener más rendimiento y facilidad de escalabilidad. Los campos de aplicación a nivel de empresa se encuentran principalmente en centros de investigación para la distribución de contenido, donde los proveedores de servicios para IPTV, cable y nubes (móviles) operan granjas de servidores cerca del final de la red portadora, para proporcionar transcodificación y oferta de contenido bajo demanda, así como en aplicaciones de seguridad como Video Vigilancia como Servicio (VSaaS).

Servidores embebidos e IoT

Los módulos “Server-on-Modules” basados en la especificación PICMG COM Express Type 7, no sólo son adecuados para instalaciones de servidores carrier y de red. OEMS IoT y embebidos también pueden beneficiarse de los nuevos SOM. Las áreas de aplicación incluyen servidores tipo cloud, edge y fog, operados por el OEM o el usuario final; servidores ubicados al final de la red, pero que se ejecutan fuera de las redes portadoras. También hay varios campos de aplicación clásicos que incluyen, por ejemplo, diseños robustos de microservidores para controladores de robots, sistemas de prueba y medida, automatización de fábrica de nivel superior y nodos de servidor para Industria 4.0. Otra aplicación útil para los módulos es en los servidores OPC de grado industrial, que a menudo forman la interfaz entre las aplicaciones de Office y la producción industrial, y que tienen que ser capaces de gestionar cantidades crecientes de datos.

Interfaces COM Express Tipo 7

Los módulos SOM en función de la especificación COM Express tipo 7 cuentan con hasta cuatro interfaces de 10 GbE, un conjunto completo de señales de banda lateral NC-SI y canales PCI Express adicionales. Por lo tanto, los nuevos módulos difieren significativamente de la especificación Tipo 6; numerosas interfaces tenían que dar paso a las nuevas interfaces: se eliminaron todas las interfaces de audio y vídeo, así como cuatro de los ocho puertos USB 2.0, la interfaz ExpressCard y dos de los cuatro puertos SATA. Esto liberó 60 pines en el conector AB y 42 pines en el conector CD para las nuevas interfaces. Las interfaces 10 GbE están diseñadas como canales de backplane únicos de 10GBASE-KR (consultar IEEE 802.3 / 49) para evitar que se conecten a interfaces físicas predefinidas. Posteriormente, el PHY, que define la capa de transmisión física, no está en el módulo, sino que se implementa en su lugar en la placa de soporte. Esto significa que el método de transmisión de datos, (ya sea el cable de cobre o de fibra óptica) solo necesita ser definido durante la implementación en la placa carrier. Para una mayor flexibilidad, las interfaces se pueden implementar como módulos SFP+ intercambiables. También es posible combinar el rendimiento de varias señales Ethernet de 10 Gigabits. Cuatro canales 10GBASE-KR se pueden combinar en un PHY para 40GBASE-KR4.

El conjunto de funciones de interfaz COM Express 10GBASE-KR proporciona un pin definible por software para cada una de las cuatro interfaces. Este pin físico puede configurarse como una entrada o una salida, y es controlado por el controlador Ethernet correspondiente. Una aplicación típica es la implementación de un protocolo de temporización basado en hardware de acuerdo con IEEE 1588 para aplicaciones potentes en tiempo real.

Interfaz de almacenamiento masivo

La omisión de dos puertos SATA puede parecer confusa al principio porque las aplicaciones de servidor siempre necesitan una mayor capacidad de almacenamiento masivo. Sin embargo, las últimas tendencias tecnológicas muestran, claramente, que las unidades SATA se reemplazan cada vez por unidades de estado sólido (SSD). Debido a que los SSDs son mucho más rápidos, las interfaces SATA se están convirtiendo en cuellos de botella y están siendo reemplazadas por NVMe (NVM Express o la especificación de la Interfaz del Controlador de Host de Memoria No Volátil - NVMHCI, véase www.nvmexpress.org), que PCI Express utiliza para conectar dispositivos de almacenamiento masivo. Los módulos tipo 7 apoyan claramente este desarrollo con un mayor número de canales PCIe.

Conjunto de características

Los nuevos módulos SOM conga-B7XD COM Express Type 7 están diseñados como módulos “headless” con diez procesadores de servidor diferentes: desde el procesador Intel Xeon D1577 de 16 núcleos, hasta el procesador Intel Pentiu D1519 para rangos de temperatura industriales (-40 ° C a +85 ° C). Ofrecen hasta 48 GB de RAM DDR4 de 2400 MHz con o sin corrección de errores (ECC), según la demanda del cliente.

La característica distintiva de los nuevos módulos SOM de congatec es el alto rendimiento de la red con 2 x 10 Gigabit Ethernet. Para la conexión de extensiones de sistema potentes, incluyendo memoria flash, también cuentan con hasta 24 líneas PCI Express Gen 3.0 y ocho líneas PCIe Gen 2.0. Los medios de almacenamiento convencionales se pueden conectar a través de 2 SATA 6G. Cuatro USB 3.0, cuatro USB 2.0, un LPC, un SPI, un bus I2C y dos UART también disponibles como interfaces de E / S adicionales. Se ofrece compatibilidad con SO para todas las distribuciones comunes de Linux y variantes de Microsoft Windows, incluyendo Microsoft Windows 10 IoT. El soporte de las tecnologías de gestión remota completa el conjunto de funciones.

Soluciones de refrigeración de fuente única

Los nuevos módulos pueden consumir hasta 65 W, por lo que para mejorar la fiabilidad de los chips y prolongar su vida útil, los desarrolladores del sistema tienen que prestar especial atención a una refrigeración eficiente. Un buen diseño de refrigeración debe proporcionar suficiente refrigeración para que el Turbo Boost pueda utilizarse para suministrar energía adicional de procesamiento. El Turbo Boost permite aumentar la velocidad del procesador (overclocking), pero sólo si permanece lo suficientemente frío. Para facilitar la gestión térmica de los desarrolladores, la especificación COM Express define un difusor térmico estándar. Su superficie plana permite integrarse fácilmente en los diseños de servidores y también permite actualizaciones rápidas de tecnología sin necesidad de cambios en la arquitectura del sistema mecánico y / o eléctrico. Esto también hace que sea mucho más fácil seguir los planes de trabajo en constante cambio de los fabricantes de chips. Sin embargo, incluso con la especificación, los diseñadores deben tener en cuenta la pila de material térmico necesaria entre el módulo y el difusor de calor. La localización y el material es a menudo única con cada familia y cada fabricante del módulo. Los difusores de calor y los disipadores de calor compatibles con especificaciones que se suministran por congatec, se adaptan a cada módulo para facilitar la tarea de integrar los nuevos módulos SOM por los desarrolladores, en línea con el lema de Congatec: “we simplify the use of embedded technology” (simplificamos el uso de la tecnología embebida). La compañía también suministra una placa de evaluación para probar los módulos SOM. Los diagramas del circuito y su disposición están disponibles de forma gratuita y se pueden utilizar como base para diseños personalizados.

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